KR0128221Y1 - 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조에 관한 것이다. 종래에는 베벨기어의 출력을 그대로 링크에 연결하여 그 백래시가 그대로 정밀도에 영향을 미치게 되며, 베벨기어축에 연결된 링크구조에서 강성에도 큰 영향을 미치게 되고, 배선(11)의 피복이 그대로 기어의 이(齒)에 노출됨으로써 피복이 손상되는 문제점이 있었다. 본 고안은 중공축(27)에 5축 감속기(25)를 고정하여 그 5축 감속기(25)의 동력이 직접 중공축(27)을 거쳐 5축 링크(22)로 전달되도록 하고, 상기 5축 모터(24)와 5축 감속기(25)를 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단으로 연결함으로써 링크 결합부위에서의 백래시를 없애 정밀도를 향상시킴과 아울러 회전축의 강성을 크게 하며, 또한 내부의 배선 공간을 확보하여 배선의 피복이 손상되는 현상을 방지하도록 한 것이다.

Description

옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조

제1도의 (a)는 일반적인 산업용 로보트를 개략적으로 보인 구성도.

(b)는 일반적인 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트를 개략적으로 보인 구성도.

제2도는 일반적인 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 보인 단면도.

제3도는 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 보인 단면도.

제4도의 (a) 내지 (c)는 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 구성하는 중공축을 보인 것으로, (a)는 정면도.

(b)는 제4도 (a)의 A-A선 단면도.

(c)는 저면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 4축 링크 22 : 5축 링크

23 : 6축 링크 24 : 5축 모터

24a,25a,33a : 회전축 25 : 5축 감속기

26 : 구동베벨기어 27 : 중공축

27a : 배선인출공 28 : 종동베벨기어

29 : 6축 모터 30 : 6축 감속기

33 : 구동풀리 34 : 종동풀리

35 : 벨트

본 고안은 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조에 관한 것으로, 특히 링크 결합부위에서의 백래시(backlash)를 없애 정밀도를 향상시킴과 아울러 회전축의 강성을 크게 하며, 또한 내부의 배선 공간을 확보하여 배선의 피복이 손상되는 현상을 방지할 수 있게 한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조에 관한 것이다.

최근들어 기업체는 생산성 향상을 위하여 공장자동화에 박차를 가하고 있는 실정에 있으며, 따라서 로보트의 활용이 증대되고 있다.

또한, 최근의 산업용 로보트는 소형화, 다기능화되고, 수려한 외관을 중요시하는 경향이 있어, 로보트 본체 내부의 배선을 위한 공간은 점차적으로 축소되고, 배선의 양은 커지는 추세에 있다.

일반적으로 로보트 시스템(robot system)은 로보트부와 제어부(controller)로 나누어진다.

상기 제어부는 다시 궤적계획(trajectory planning)을 행하는 부분과 위치제어를 통하여 생성된 속도지령치를 만드는 부분과, 그리고 속도지령치를 가지고 로보트를 구동시키는 부분으로 나누어지며, 기구학(kinematics) 및 역기구학(inverse kinematics) 부분은 궤적계획부에서 반드시 필요한 부분이다.

제1도의 (a) 및 (b)는 일반적인 로보트와, 옵셋(offset)을 갖는 로보트를 개략적으로 보인 구성도이다.

도시한 바와 같은, 일반적인 로보트 및 옵셋을 갖는 로보트는 모두 수개의 조인트부(J)와, 링크부(L)로 구성되어 있다.

일반적으로 다관절 로보트는 포지셔닝(positioning) 3축과, 오리엔테이션(orientation) 3축으로 구성되며, 상기 오리엔테이션 3축을 특히 손목부(wrist part)라 칭한다.

상기한 손목부에서 θ4와, θ6의 각각의 회전축이 일치하는 것이 제1도의 (a)에 도시한 일반적인 로보트의 손목구조이나, θ4와, θ6의 각각의 회전축이 'd'라는 거리 만큼 편위가 발생한 로보트 손목구조를 옵셋구조를 갖는 로보트의 손목구조라 한다.

결국, 글로벌(global) 좌표계에서 볼 때, Z-X 평면상에 θ6의 회전축이 존재하지 않고, 'd'만큼의 편위를 갖는 로보트를 옵셋구조를 갖는 로보트라 하는 것이다.

상술한 바와 같은 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트 손목구조의 전형적인 실시형태를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 제2도는 일반적인 산업용 로보트중 5축에 옵셋이 있는 구조를 보인 것으로, 도면중 1은 4축 링크, 2는 5축 링크, 3은 6축 링크를 각각 보인 것이며, 상기 4축 링크(1)에는 5축 모터(4)와 5축 감속기(5)가 연결되어 있고, 그 5축 감속기(5)에 구동베벨기어(6)가 연결되어 있다.

상기 4축 링크(1)는 5축 링크(2)와 중공축(7)에 의하여 연결되어 있고, 상기 중공축(7)에는 구동베벨기어(6)와 맞물리는 종동베벨기어(8)가 설치되어 있다.

상기 5축 링크(2)에는 6축 모터(9)와 6축 감속기(10)가 연결되어 있으며, 상기 6축 감속기(10)의 출력측에는 6축 링크(3)가 연결된 구조로 되어 있다.

상기 6축 모터(9)의 배선(11)은 중공축(7)을 통하여 4축 링크(1)의 내측으로 인출되어 있다.

도면중 미설명 부호 12는 베어링을 보인 것이다.

이와같이 구성되는 일반적인 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조에 의하면, 4축 링크(1)에 설치된 5축 모터(4)가 5축 감속기(5)를 구동하게 되며, 상기 5축 감속기(5)의 출력은 구동베벨기어(6)로 전달된다.

상기 구동베벨기어(6)에는 종동베벨기어(8)가 맞물려 있으므로 그 종동베벨기어(8)으로 동력이 전달되어 회전축이 변환된다.

즉, 상기 종동베벨기어(8)는 베어링(12)에 의하여 회전이 가능하도록 지지된 중공축(7)에 형성되어 있으므로 중공축(7)의 회전에 의하여 5축 링크(2)의 회전이 가능하게 되는 것이다.

상기 5축 링크(2)에 설치된 6축 모터(9)는 6축 감속기(10)를 구동하게 되고, 상기 6축 감속기(10)의 출력에 의하여 6축 링크(3)를 구동하게 된다.

이때, 6축 모터(9)의 배선(11)은 중공축(7)을 통하여 4축 링크(1)의 내부에 고정된 상태를 유지하게 된다.

그러나, 통상적인 기어의 물림 구조에 있어서는 백래시(backlash)가 존재하며, 그 백래시에는 정밀도에 많은 영향을 미치게 되는 바, 상술한 바와 같은 일반적인 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조에 있어서, 베벨기어의 출력을 그대로 링크에 연결하면, 그 백래시가 그대로 정밀도에 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.

특히, 고정밀도를 요구하는 로보트에 있어서는, 정밀도의 문제는 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소인 것이다.

또한, 베벨기어축에 연결된 링크구조에서는 강성에도 큰 영향을 미치게 된다.

뿐만 아니라, 배선구조에 있어서도, 피복이 그대로 기어의 이(齒)에 노출됨으로써 피복이 손상되는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시킬 수 있도록 한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 백래시를 제거하여 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 회전축의 강성을 크게 할 수 있도록 한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 배선 공간을 확보하여 배선의 손상을 방지할 수 있도록 한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 4축 링크에 5축 모터가 설치되어 그 5축 모터의 동력이 5축 감속기로 전달되고, 상기 4축 링크와 5축 링크가 중공축에 의하여 연결되며, 상기 5축 링크에 6축 모터와 6축 감속기가 연결되고, 상기 6축 감속기의 출력측에 6축 링크가 연결되며, 상기 6축 모터의 배선이 중공축을 통하여 4축 링크의 내측으로 인출되는 것에 있어서, 상기 중공축에 5축 감속기를 고정하여 그 5축 감속기의 동력이 직접 중공축을 거쳐 5축 링크로 전달되도록 하고, 상기 5축 모터와 5축 감속기를 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단으로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조가 제공된다.

상기 동력전달수단은 5축 모터의 회전축에 고정되는 구동베벨기어와, 4축 링크의 내부 일정부위에 회전가능하도록 지지되는 구동풀리와, 상기 구동풀리의 회전축에 고정되어 구동베벨기어와 맞물리는 종동베벨기어와, 상기 5축 감속기의 회전축에 일체로 구성된 종동풀리와, 상기 구동풀리 및 종동풀리를 연결하는 벨트로 구성되어 있다.

상기 중공축은 외주면의 일측에 배선의 인출을 위한 배선인출공이 형성되어 있다.

이하, 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 첨부된 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조는, 4축 링크(21)에 5축 모터(24)가 설치되어 그 5축 모터(24)의 동력이 5축 감속기(25)으로 전달되고, 상기 4축 링크(21)와 5축 링크(22)가 중공축(27)에 의하여 연결되며, 상기 5축 링크(22)에 6축 모터(29)와 6축 감속기(30)가 연결되고, 상기 6축 감속기(30)의 출력측에 6축 링크(23)가 연결되며, 상기 6축 모터(29)의 배선(31)이 중공축(27)을 통하여 4축 링크(21)의 내측으로 인출되는 것에 있어서, 상기 중공축(27)에 5축 감속기(25)를 고정하여 그 5축 감속기(25)의 동력이 직접 중공축(27)을 거쳐 5축 링크(22)로 전달되도록 하고, 상기 5축 모터(24)와 5축 감속기(25)을 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단으로 연결하여 구성한 것이다.

상기 동력전달수단은 5축 모터(24)의 회전축(24a)에 고정되는 구동베벨기어(26)와, 4축 링크(21)의 내부 일정부위에 회전가능하도록 지지되는 구동풀리(33)와, 상기 구동풀리(33)의 회전축(33a)에 고정되어 구동베벨기어(26)와 맞물리는 종동베벨기어(28)와, 상기 5축 감속기(25)의 회전축(25a)에 일체로 구성된 종동풀리(34)와, 상기 구동풀리(33) 및 종동풀리(34)를 연결하는 벨트(35)로 구성되어 있다.

상기 중공축(27)은 후단부가 막혀 있고, 외주면의 일측에 배선(31)의 인출을 위한 배선인출공(27a)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호 32는 베어링을 보인 것이다.

이와같이 구성되는 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트 손목구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

제3도에 도시한 바와 같이, 4축 링크(21)에 설치된 5축 모터(24)가 구동하게 되면, 그 5축 모터(24)의 동력은 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단을 통하여 5축 감속기(25)로 전달됨으로써 백래시에 의한 정밀도 저하를 방지할 수 있는 것이다.

즉, 5축 모터(24)의 동력은 그의 회전축(24a)→구동베벨기어(26)→종동베벨기어(28)→구동풀리(33)→벨트(35)→종동풀리(34)→5축 감속기(25)로 전달됨으로써 결국 5축 링크(22)에는 백래시와 관계없는 동력이 전달되며, 따라서 5축 링크(22)의 회전동작을 보다 정밀하게 수행할 수 있다.

한편, 6축 모터(29)가 구동하게 되면, 6축 감속기(30)를 통하여 6축 링크(23)가 구동을 하게 되는 것이다.

상기 4축 링크(21)와 5축 링크(22)를 연결하는 중공축(27)은 외주면의 일측에 배선인출공(27a)이 형성되어 있으므로 6축 모터(29)의 배선(31)이 상기 배선인출공(27a)을 통하여 4축 링크(21)에 고정됨으로써 기어의 이물림에 의한 피복의 손상을 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조는, 4축 링크와 5축 링크를 연결하는 중공축에 5축 감속기를 고정하여 그 5축 감속기의 동력이 직접 중공축을 거쳐 5축 링크로 전달되도록 하고, 상기 5축 모터와 5축 감속기를 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단으로 연결함으로써 링크 결합부위에서의 백래시를 없애 정밀도를 향상시킴과 아울러 회전축의 강성을 크게 하는 잇점이 있으며, 또한 내부의 배선 공간을 확보하여 배선의 피복이 손상되는 현상을 방지하는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 4축 링크(21)에 5축 모터(24)가 설치되어 그 5축 모터(24)의 동력이 5축 감속기(25)으로 전달되고, 상기 4축 링크(21)와 5축 링크(22)가 중공축(27)에 의하여 연결되며, 상기 5축 링크(22)에 6축 모터(29)와 6축 감속기(30)가 연결되고, 상기 6축 감속기(30)의 출력측에 6축 링크(23)가 연결되며, 상기 6축 모터(29)의 배선(31)이 중공축(27)을 통하여 4축 링크(21)의 내측으로 인출되는 것에 있어서, 상기 중공축(27)에 5축 감속기(25)를 고정하여 그 5축 감속기(25)의 동력이 직접 중공축(27)을 거쳐 5축 링크(22)로 전달되도록 하고, 상기 5축 모터(24)와 5축 감속기(25)을 기어에 의한 백래시가 발생되지 않는 동력전달수단으로 연결하여 구성함을 특징으로 하는 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 동력전달수단은 5축 모터(24)의 회전축(24a)에 고정되는 구동베벨기어(26)와, 4축 링크(21)의 내부 일정부위에 회전가능하도록 지지되는 구동풀리(33)와, 상기 구동풀리(33)의 회전축(33a)에 고정되어 구동베벨기어(26)와 맞물리는 종동베벨기어(28)와, 상기 5축 감속기(25)의 회전축(25a)에 일체로 구성된 종동풀리(34)와, 상기 구동풀리(33) 및 종동풀리(34)를 연결하는 벨트(35)로 구성된 것을 특징으로 하는 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 중공축(27)은 외주면의 일측에 배선(31)의 인출을 위한 배선인출공(27a)이 형성된 것을 특징으로 하는 옵셋구조를 갖는 산업용 로보트의 손목구조.